U Shanghai Huishuo Aluminium Industry Technology Co., Ltd., naš inženjerski tim nedavno je postavio pitanje od proizvođača strojeva koji dizajnira spoj okvira portala od aluminija serije 40 s T-utorom: treba li dizajn ciljati na 207 MPa objavljenih za 6061-T6, 152 MPa tipičnih za 6063-T6 ili 117 MPa navedenih za 6063-T5. Izborom se mijenja veličina vijka, geometrija nosača i debljina stijenke profila.
Smična čvrstoća aluminija nije jedan broj priručnika; ovisi o leguri, temperamentu, metodi ispitivanja i mjestu na kojem se nalazi posmična ravnina u stvarnom sklopu. Ovaj vodič pokriva vrijednosti koje su važne za industrijske okvire za ekstruziju T-utora i kako ih primijeniti bez pretjeranog inženjeringa svakog spoja.
6061-T6 legura za ekstruziju nosi 207 MPa smične čvrstoće; 6063-T5 nosi 117 MPa; 7075-T6 doseže 330 MPa. Koristite 60 posto krajnje vlačne čvrstoće kao procjenu prvog prolaza.
Što znači čvrstoća na smicanje kod ekstrudiranih profila
Smična čvrstoća je maksimalno naprezanje koje aluminijski profil može podnijeti prije nego što se jedna ravnina materijala odvoji paralelno s primijenjenim opterećenjem, a za konstrukcijske aluminijske legure obično pada između 55 i 65 posto krajnje vlačne čvrstoće.
Osnovna definicija: posmično naprezanje jednako je primijenjenoj sili podijeljenoj s površinom otporne ravnine, zapisano kao F / A. Kada izračunato smično naprezanje premaši posmično čvrstoću legure, presjek dolazi do kvara klizanjem ili kidanjem duž te ravnine, umjesto da se savija i gubi oblik.
U ekstrudiranom okviru, smicanje se pojavljuje na tri odvojena mjesta: na dršci vijka, zahvatu navoja unutar T-matice i zidu utora profila. Svaka ravnina ima drugačije područje i uvjete ograničenja, tako da se svaka mora provjeriti neovisno; najslabija ravnina upravlja zglobom.
- Kapacitet smicanja drške vijka - određuje se prema stupnju pričvršćivača i promjeru.
- Čvrstoća trake s navojem T-matice - postavlja se duljinom spoja u matici.
- Površina smicanja stijenke utora profila - određena debljinom stijenke iza utora.
Anodizacija ne ulazi u kalkulaciju. Oksidni sloj od 5 do 25 mikrometara poboljšava površinsku otpornost na habanje, ali ukupnu čvrstoću na smicanje u potpunosti snose osnovna legura i stanje ekstruzije.
Smična čvrstoća aluminija prema leguri i stanju
U komercijalnim aluminijskim legurama, posmična čvrstoća kreće se od otprilike 40 MPa za žareni čisti metal do 330 MPa za 7075-T6, a dvije legure koje se koriste u većini ekstruzija s T-utorima, 6063 i 6061, daju između 117 i 207 MPa, ovisno o temperamentu.
Smična čvrstoća uobičajenih aluminijskih legura, MPa
1100-O 45 6063-T5 117 5052-H32 138 6063-T6 152 6061-T6 207 2024-T3 283 7075-T6 330
207 MPa 6061-T6 čvrstoća na smicanje
117 MPa 6063-T5 čvrstoća na smicanje
330 MPa 7075-T6 vršna referenca
0,6 x UTS Procjena smicanja prvog prolaza
Objavljene vrijednosti posmične čvrstoće za uobičajene aluminijske legure i stanje koje se koriste u konstrukcijskim i industrijskim primjenama. | Legura i temper | Smična čvrstoća (MPa) | Smična čvrstoća (psi) | Tipična primjena |
| 1100-O | 40-62 (prikaz, stručni). | 5.800-9.000 | Čisti aluminij, kemijski i laki dijelovi |
| 6063-T5 | 117 | 17.000 | Standardni T-utor ekstrudirani profili |
| 5052-H32 | 138 | 20.000 | Brodski lim i oblikovane ploče |
| 6063-T6 | 152 | 22.000 | Strukturni T-utor ekstrudirani profili |
| 6061-T6 | 207 | 30.000 | Ekstrudirani profili za teške uvjete rada i okviri strojeva |
| 2024-T3 | 283 | 41.000 | Zrakoplovne konstrukcijske ploče |
| 7075-T6 | 330 | 48.000 | Zrakoplovna i visokonaprezna oprema |
Promjena temperamenta je važna u stvarnim okvirima. Ekstruzija 6063-T6 otporna je na otprilike 30 posto veće posmično opterećenje po kvadratnom milimetru od istog profila u 6063-T5 pri identičnim dimenzijama stijenke, tako da spojevi s velikim posmikom trebaju specificirati temperaturu i potvrditi je u certifikatu materijala.
Kako se mjeri posmična čvrstoća i gdje su rezultati pogrešni
Čvrstoća aluminija na smicanje mjeri se testovima učvršćenja na probijanje i jednim smicanjem, a oba zahtjevaju strogu kontrolu zazora; kada je postavka isključena, prijavljena čvrstoća može se pomaknuti za više od 10 posto na istom materijalu.
- ASTM B831 pokriva ispitivanje smicanja probijanjem tankih proizvoda od aluminijskih legura i standardna je referenca za ploče i kupone za ekstruziju.
- ASTM F606 upravlja ispitivanjem smicanja vijčanih spojnih elemenata i primjenjuje se kada je vijak, a ne profil, komponenta koja se ocjenjuje.
- Interni postupci mlina temeljeni na ovim standardima uobičajeni su za ekstruzijske profile, a rezultati se ispisuju na potvrdi o ispitivanju materijala.
Testirajte pravilo postavljanja
Održavajte razmak između probijanja i matrice između 5 i 12 posto debljine uzorka i uklonite anodizirane ili obojene površine prije testiranja, jer u suprotnom navedena čvrstoća na smicanje može odstupati za više od 10 posto.
Tri varijable kvare rezultate ispitivanja smicanja više nego bilo koje druge.
- Razmak od bušenja do matrice: premali proizvodi sekundarno smicanje i umjetno visoke vrijednosti; prevelik stvara neravnine i niske, neponovljive brojeve.
- Orijentacija uzorka: čvrstoća se može razlikovati za nekoliko posto između smjera ekstruzije i poprečnog smjera zbog orijentacije zrna.
- Priprema površine: neravnomjerno stezanje ili anodizirane površine mijenjaju trenje u zoni smicanja i treba ih ukloniti prije ispitivanja.
Za ekstrudirane profile, najreprezentativniji rezultat dolazi iz strojne obrade ravnog kupona iz stvarne stijenke profila i testiranja tog točnog materijala, a ne iz generičkih vrijednosti priručnika za limove.
Pravilo 60 posto: Procjena čvrstoće na smicanje iz podataka o vlačnoj čvrstoći
Ako nije dostupna certificirana vrijednost smicanja, procijenite čvrstoću na smicanje kao 60 posto krajnje vlačne čvrstoće; za aluminijske legure ovo predviđa otpornost na bušenje i probijanje u prosjeku unutar oko 5,5 posto izmjerenih vrijednosti.
Procjena smicanja prvog prolaza
Procjena smicanja jednaka je 0,6 x krajnja vlačna čvrstoća. Primjer: 6061-T6 pri 310 MPa UTS daje otprilike 186 MPa; 6063-T5 pri 190 MPa UTS daje otprilike 114 MPa.
Pravilo 60 posto je alat u fazi koncepta, a ne zamjena za certificirane podatke tvornice. Kada spoj postane kritičan, zatražite potvrdu o mehaničkim svojstvima za specifičnu toplinu ekstruzije ili pokrenite test probijanja na kuponu iz isporučenog profila.
Koristite pravilo u ovim situacijama:
- Koncept dizajna, pri usporedbi legura i stanja prije nego što se raspored okvira fiksira.
- Ponuda dobavljača, kada je u podatkovnom listu navedena vlačna čvrstoća, ali je izostavljena čvrstoća na smicanje.
- Analiza kvara, kada se provjerava je li napuknuti spoj bio opterećen iznad razumnog dopuštenog smicanja.
Primjena podataka o čvrstoći na smicanje na okvire za ekstruziju T-utora
U dizajnu okvira s T-utorom, posmična čvrstoća materijala profila je najvažnija na spoju, jer okviri gotovo uvijek prvo pokvare na spoju, a ne u sredini raspona.
Vijčani spoj s T-utorom ograničen je najmanjom od tri vrijednosti: posmičnom snagom vijka, čvrstoćom trake navoja T-matice ili posmičnim područjem stijenke profila iza utora. U tankostjednim profilima rub utora je obično najslabija ravnina, zbog čega preopterećeni spojevi pokazuju deformiran ili napuknut utor prije škara za spajanje.
Debljina stijenke je poluga koja podiže kapacitet spoja bez promjene legure. Profil 4040 sa stijenkom od 4,5 mm daje otprilike duplo veću površinu smicanja u odnosu na verziju s tankim stijenkama od 1,8 mm pri istoj geometriji utora, dok otpornost na smicanje materijala ostaje na 207 MPa za 6061-T6 u oba slučaja.
HS-8-4040W Aluminijski profil 4040 T-utora za iznimno teške uvjete rada sa stijenkom od 4,5 mm Stjenka ovog profila 4040 od 4,5 mm gotovo udvostručuje površinu smicanja u usporedbi s verzijama s tankim stijenkama, što ga čini dobrim izborom za zone spojeva pod opetovanim opterećenjima, kao što je istaknuto okolnom raspravom o debljini stjenke i čvrstoći na smicanje. Pogledajte proizvod → Navedite za nosače portala, konzolne ruke i točke podizanja teški 6061 profili sa zadebljanim stijenkama u spojnim zonama i rezervnim standardnim profilima za preostale raspone. Kraća verzija naše usporedbe 6061 i 6063: 6063-T5 odgovara lakim okvirima, dok je 6061-T6 inženjerska zadana vrijednost za spojeve koji nose opetovana posmična opterećenja.
HS-10-4545 Ekstruzija aluminija 4545 za teške uvjete rada sa stijenkom debljine 2,4 mm Idealan za nosače portala i konzolne krakove, ovaj profil 45x45 nudi zid od 2,4 mm za dodatni kapacitet spoja. Njegov T-utor od 10,2 mm podržava teške pričvršćivače, uklapajući se u aplikacije gdje je naglašena izvedba smicanja razreda 6061. Pogledajte proizvod → Nakon što je dopušteno posmicanje postavljeno, primijenite faktor sigurnosti od najmanje 2 za statička opterećenja i 3 za dinamička ili povratna opterećenja prije nego što ga usporedite s primijenjenom zajedničkom silom.
Provjera zajedničkog dizajna
Projektirajte nosivost vijka i T-matice najmanje 20 posto iznad nosivosti smicanja zida profila. Neočekivano preopterećenje tada vidljivo deformira utor prije nego što se bilo što slomi, pretvarajući iznenadni kvar u vidljiv signal za održavanje.
Česta pitanja o čvrstoći aluminija na smicanje
Kolika je čvrstoća na smicanje aluminija 6061-T6?
6061-T6 aluminij ima objavljenu čvrstoću na smicanje od 207 MPa (30 000 psi). Za projektiranje, primijenite pravilo od 60 posto u odnosu na krajnju vlačnu čvrstoću od 310 MPa, što daje otprilike 186 MPa, a zatim dodajte faktor sigurnosti na temelju vrste opterećenja.
Kolika je posmična čvrstoća 6063-T5 aluminija s T-utorom?
6063-T5 aluminij ima čvrstoću na smicanje od oko 117 MPa (17 000 psi). Temperatura T6 podiže to na otprilike 152 MPa (22 000 psi). Prije izračunavanja kapaciteta spoja provjerite temperaturu na certifikatu o materijalu profila, jer se mnogi standardni profili s T-utorima isporučuju u 6063-T5.
Mijenja li eloksiranje čvrstoću aluminija na smicanje?
Ne. Anodiziranjem se stvara tanki oksidni sloj, obično debljine 5 do 25 mikrometara, koji poboljšava otpornost na trošenje i koroziju, ali ne mijenja ukupnu čvrstoću na smicanje ekstruzije. Strukturni izračuni trebaju zanemariti premaz i koristiti vrijednost osnovne legure.
Kakva je posmična čvrstoća aluminija u usporedbi s čelikom?
Konstrukcijski čelik A36 ima čvrstoću na smicanje blizu 250 MPa, blizu 6061-T6 aluminija pri 207 MPa. Budući da aluminij teži otprilike jednu trećinu manje, specifična posmična čvrstoća 6061-T6 otprilike je dvostruko veća od A36, tako da aluminijski okviri mogu podnijeti slična opterećenja spojeva uz djelić težine.
